Основные концепции происхождения солнечной системы кратко
Обновлено: 30.06.2024
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Солнце – единственная звезда Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие тела.
Солнце — плазменный шар (плотность — 1,4 г/см3), хорошо нагретый (температура поверхности 6000°). Имеет корону, в которой находятся факелы, протуберанцы. Излучение Солнца — солнечная активность — имеет цикл 11 лет. При максимуме солнечной активности на Солнце особенно много пятен.
Источником солнечной энергии, по-видимому, являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, о чем свидетельствует наличие этих элементов в солнечной хромосфере. Первым теоретические расчеты необходимой для ядерной реакции температуры произвел Артур Эддингтон. Немецкий физик Ганс Бете (Нобелевская премия 1967 г.) рассчитал реакции термоядерного синтеза гелия из водорода на Солнце, но прямых подтверждений пока нет, так как отсутствуют данные о внутреннем строении Солнца.
Скорость движения Солнца вокруг оси галактики — 250 км/сек. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180 млн/лет. Ближайшие к Солнцу звезды Проксима-Центавра и Сириус.
Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца.
Солнечная система состоит из 9 планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса,/Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров.
Возраст солнечной системы, зафиксированный по древнейшим
метеоритам, около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Предполагается, что частицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из силикатов, в состав которых входит кремний. Газы тоже присутствовали, и они конденсировались, образуя органические соединения, в состав которых входит углерод. Затем образовались углеводороды (соединения углерода с водородом) и соединения азота.
Вопросами происхождения планет Солнечной системы занимается наука космогония. Полного и исчерпывающего ответа на этот вопрос наука не дает.
К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы. Рассмотрим некоторые из этих гипотез.
Немецкий учёный Иммануил Кант предположил, что Солнечная система произошла из гигантского холодного пылевого облака. Частицы этого облака находились в постоянном беспорядочном движении, взаимно притягивали друг друга, сталкивались, слипались, образуя сгущения, которые стали расти и со временем дали начало Солнцу и планетам.
Пьер Симон Лаплас - (1749–1827) — французский учёный. Самостоятельно изучал математику, механику и астрономию, в которой достиг наибольших успехов. Он подробно исследовал движение небесных тел (Луны, Юпитера, Сатурна) и дал ему научное объяснение. Его гипотеза о происхождении планет просуществовала в науке почти столетие. Был членом французского Географического общества.
Пьер Лаплас, французский астроном и математик, предложил свою гипотезу, объясняющую образование и развитие Солнечной системы. По его мнению, Солнце и планеты возникли из вращающегося раскалённого газового облака. Постепенно остывая, оно сжималось, образуя многочисленные кольца, которые, уплотняясь, создали планеты, а центральный сгусток превратился в Солнце.
Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа.
Эта гипотеза получила название небулярной (от лат nebula - туманность) гипотезы Канта-Лапласа. Поскольку формирование колец и планет происходило в условиях вращения туманности и действия центробежных сил, эта гипотеза называется еще и ротационной (лат. rotatio - вращение).
Джеймс Хопвуд Джинс - (1877 – 1946) — английский физик и астрофизик. С середины 1910-х годов интересы Джинса сосредоточились на астрофизике. В 1914 – 1916 годах он занимался задачей о равновесии жидких вращающихся масс и проанализировал пути эволюции быстро вращающегося жидкого тела. Один из выводов, к которому пришёл Джинс, состоял в том, что планетная система может образоваться из вращающейся массы газа.
В начале прошлого столетия английский учёный Джеймс Джинс выдвинул гипотезу, которая так объясняла образование планетной системы: когда-то вблизи Солнца пролетала другая звезда, которая своим тяготением вырвала из него часть вещества. Сгустившись, оно дало начало планетам.
Гипотеза Х. Альвена.
профессор Высшей технической школы в Стокгольме, член Шведской академии наук, иностранный член АН СССР. В 1934 году преподавал физику в университете Уппсалы и в 1940 году стал профессором по теории электромагнетизма и электрических измерений в Королевском технологическом институте в Стокгольме. В 1970 г. за исследования в области магнитогидродинамики X. Альвену была присуждена Нобелевская премия, а в 1971 г. за выдающиеся достижения в области естественных наук – Золотая медаль имени М. В. Ломоносова.
Из гипотез происхождения солнечной системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика X. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом. Альвен исходил из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку.
Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов—дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов — водорода и гелия, а более отдаленные—из железа и никеля. Наблюдения говорят об обратном.
Фред Хойл (1915 —2001) — известный британский астроном и космолог. Член Лондонского королевского общества (1957), иностранный член Национальной академии наук США (1969). Автор нескольких научнофантастических романов.
Чтобы преодолеть эту трудность, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента.
Наш соотечественник, известный учёный Отто Юльевич Шмидт, в 1944
г. предложил свою гипотезу образования планет. Он полагал, что миллиарды лет назад Солнце было окружено гигантским облаком, которое состояло из частичек холодной пыли и замёрзшего газа. Все они обращались вокруг Солнца. Находясь в постоянном движении, сталкиваясь, взаимно притягивая друг друга, они как бы слипались, образуя сгустки. Постепенно газовопылевое облако сплющивалось, а сгустки стали двигаться по круговым орбитам. Со временем из этих сгустков и образовались планеты нашей Солнечной системы.
Сегодня учёные предполагают, что Солнце и планеты возникли одновременно из межзвёздного вещества — частиц пыли и газа. Это холодное вещество постепенно уплотнялось, сжималось, а затем распалось на несколько неравных сгустков. Один из них, самый большой, дал начало Солнцу. Его вещество, продолжая сжиматься, разогревалось. Вокруг него образовалось вращающееся газово-пылевое облако, которое имело форму диска. Из плотных сгустков этого облака возникли планеты, в том числе и наша Земля.
В настоящее время ученые склоняются к различным вариантам небулярной гипотезы. Получены интересные результаты на численных моделях с использованием мощных ЭВМ. Ожидается, что новый свет на загадку образования Солнечной системы прольют дальнейшие исследования планет земной группы и планет-гигантов с помощью автоматических космических станций.
Солнечная система и ее происхождение изучаются во многих известных институтах мира.
Наступит момент, и благодаря неустанным трудам ученых завеса тайны приоткроется, чтобы население Земли смогло узнать еще больше о происхождении нашей удивительной планеты.
Солнечная система состоит из ее центральной звезды — Солнца, восьми вращающихся вокруг Солнца планет, их спутников, множества малых небесных тел и межпланетной среды.
К такому строению Солнечная система шла 4600 млн лет. Гипотезы о путях и принципах ее формирования выдвигались разными учеными: немецким философом Кантом, французским физиком Лапласом, английским астрономом Фредом Хойлом. В текстах их работ содержатся разные предположения.
Однако основой современной теории стала точка зрения российского математика Отто Юльевича Шмидта. Она гласит, что Солнце и окружающие его небесные тела образовались из холодного газопылевого облака под воздействием сильного гравитационного сжатия.
Общий процесс, если представить его максимально кратко, выглядел так: вращающееся облако постепенно наращивало скорость, температура его центра повышалась, а площадь сокращалась. В результате в центре образовалась горячая протозвезда — будущее Солнце. На периферии сформировались протопланетные диски, со временем нарастившие массу и преобразовавшиеся в планеты.
Образование Солнца
Причиной преобразований газопылевого облака стал мощный вброс энергии. Ученые предполагают, что это была ударная волна от взрыва сверхновой звезды. Под ее воздействием произошло мгновенное сжатие массы, образование в центре облака плотного раскаленного ядра. Остальная масса рассредоточилась по периферии, сформировав огромный диск.
С течением времени ядро увеличивало температуру, давление и плотность. И на следующем этапе превратилось в протозвезду. Далее при достижении критических значений температуры и давления в ядре начали происходить термоядерные реакции: водород стал превращаться в гелий. Так протозвезда прекратила свое существование, уступив место звезде, которую люди на Земле назвали Солнцем.
В астрономии существует основанная на математических расчетах теория о том, что с начала преобразований в облаке до начала термоядерных реакций прошло 100 тысяч лет.
Образование планет
Восемь планет Солнечной системы делят на две группы: земную и группу газовых гигантов.
К земной относятся:
К газовым гигантам причисляют:
Возникновение всех планет относится к одному временному периоду, но представления об их происхождении и составе у ученых разные.
Образование планет земной группы
В некоторых областях окружавшего Солнце диска части газопылевого облака начали уплотняться. Постепенно они преобразовались в плотные кольца, притягивающие твердые материи из космического пространства.
Поскольку температура в кольцах была слишком высокой, лед и газ в своем начальном виде не могли в них существовать. А вот термоустойчивые горные породы послужили отличным строительным материалом — именно из них состоят планеты земной группы.
Ученые до сих пор спорят о том, сколько длился процесс формирования планет земной группы. На сегодняшний день по разным оценкам он составляет от 10 до 100 млн лет.
По мере наращивания массы диски превращались в четыре планеты, известные нам сегодня, как Земля, Марс, Венера и Меркурий. Эта стадия стала основной в их развитии.
Образование газовых гигантов
Планеты группы газовых гигантов расположены на большом отдалении от Солнца. Их температуры значительно ниже земных. Этот факт они смогли использовать для своего формирования, нарастив массу за счет гравитационного притяжения газа из окружающего их пространства. Данный процесс называется аккрецией.
Сегодня газовые гиганты являются самыми большими планетами Солнечной системы. Их характеристики можно посмотреть в таблице ниже:
Аккреция газа заняла несколько миллионов лет. Процесс завершился на том этапе, когда содержание газовой составляющей в протопланетном диске достигло критически малых значений.
Образование спутников
На следующем этапе истории произошло образование спутников рядом с планетами Солнечной системы. Астрономам и физикам удалось определить три возможных способа:
- Захват одним объектом другого — обладающего меньшей массой и пролетающего вблизи.
- Преобразование околопланетного диска.
- Столкновение осколков.
О том, как именно образовался тот или иной спутник, ученые спорят. К примеру, характеристики Луны позволяют применять к ней любой из трех способов.
Пояс астероидов
Большинство из них, как видно на рисунке ниже, находится в области между орбитами Марса и Юпитера, образует Пояс астероидов.
Те астероиды, что находятся ближе к Марсу, состоят из железа и скалистых горных пород. Те, что расположены ближе к Юпитеру, содержат много льда, имеют состав, схожий с первоначальным составом газопылевого облака.
Состав астероидов становится более понятным, если сравнить удаленность Марса и Юпитера от Солнца. Здесь играет роль такой важный фактор как температура: чем дальше от Солнца, тем холоднее, тем больше газа и льда.
Солнечную систему нельзя не назвать уникальным местом в Млечном Пути. Учёные к настоящему времени открыли более трёх тысяч планетарных систем, но похожих на наш родной дом - крайне мало. Где-то родную звезду сопровождает всего 2-3 планеты, где-то на удивление газовые гиганты вращаются на орбитах, близких к своим звёздам, как Меркурий и даже ближе, что является настоящей головоломкой для астрономов, ведь, согласно общепринятой теории формирования планетарных систем они должны быть отдалены. Как же формировалась наша Солнечная система? Какие гипотезы есть на этот счёт?
Небулярная гипотеза
По неизвестным причинам что-то привело к гравитационному коллапсу в центре облака: оно начало сжиматься, притягивать на себя окружающую материю – и так родилось наше Солнце. Чем сильнее сжималось облако материи, тем быстрее под действием центробежной силы скорость его вращения увеличивалась. Планеты же сформировались из-за того, что гравитационная устойчивость была нарушена, вещество в облаке стало распределяться неоднородно – где-то его было больше, а где-то меньше, поэтому из сгустков вещества постепенно формировались планеты и их спутники. Достигнув определенной плотности, сгустки, согласно закону сохранения импульса, начали вращаться, а повышающееся давление их разогрело. Большая часть материи собралась в центральном сгустке, в то время как оставшаяся материя образовала вокруг этого сгустка кольцо утолщённой, линзовидной формы, которая была придана именно центробежной силой. Таким образом, планеты родились из материи диска.
Что же стало причиной гравитационного коллапса? Многие считают, что все дело в пролетающей мимо звезде, гравитация которой нарушила стабильное равновесие облака. Возможно, это ударная волна от взрыва другой сверхновой. Может быть, это случайные колебания частиц облака – пока этот вопрос остаётся открытым.
Модель Иммануила Канта
Немецкий философ Иммануил Кант в 1755 году предложил гипотезу, согласно которой вся Солнечная система сформировалась из некоей первичной материи. Частицы этой материи свободно перемещались в пространстве, однако, сталкиваясь друг с другом, они начали менять своё направление и теряли скорость. Наиболее тяжёлые и плотные из них под действием силы притяжения соединялись друг с другом. Так сформировался центральный сгусток – молодое Солнце, которое притягивало из пространства другие частицы. Так формировались планеты.
Вначале их вращение было хаотическим, но затем в ходе бесчисленных столкновений и последующего наращивания своей массы они были втянуты в единый поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении, не мешая друг другу.
Теория Джеймса Джинса
Несмотря на парадоксальность выводов Джинса, его мысли о вмешательстве звезды в формирование нашей планетарной системы заинтересовали других теоретиков. Так, в первой половине прошлого века высказывались предположения, что у Солнца была другая звезда-компаньон, которая была значительно массивнее его (скорее всего, это был белый или голубой гигант). Она просуществовала всего несколько миллионов лет, так как срок жизни подобных массивных звёзд очень короткий, затем взорвалась как сверхновая. Её остатки притянуло к себе Солнце, а дальше гравитация сделала своё дело: протопланетный диск, сгустки… (см. сценарий выше).
Гипотеза Шмидта
Теория Шмидта и теория Джинса предполагают версию захвата. Несостыковка заключается в том, что Солнце будет в этих случаях старше планет, а считается, что всё сформировалось одновременно – образование Солнца и планет представляют собой единый процесс.
Из-за того, что Солнечная система – единственное известное место, где есть жизнь, кто-то считает, что она была сотворена некими разумными существами или Богом.
Земля – это планета, являющаяся частью астрономического объекта, называемого Солнечной системой. В представленной статье говорится кратко о гипотезе происхождения Солнечной системы.
Гипотеза О. Ю. Шмидта
Со времен античности считалось, что Земля, Солнце и планеты сотворены Богом в том виде, в котором они и существуют. А. Птолемей создал геоцентрическую систему мира, она была канонизирована церковью, и без изменений просуществовала до эпохи Возрождения.
Рис. 1. Геоцентрическая система Птолемея.
Первую научную гипотезу о происхождении Солнечной системы из пылевого диска выдвинул в середине XVII в Р. Декарт. Данная гипотеза впоследствии дорабатывалась и уточнялась многими авторами, по мере накопления научных знаний о Вселенной.
В настоящее время общепринятой считается гипотеза, разработанная в 1944 г академиком О. Ю. Шмидтом.
Образование протопланетного облака
Со временем, в результате действия гравитации протопланетном облаке начали образовываться сгущения, причем, устойчивыми они были только лишь на определенных расстояниях друг от друга, там, где их взаимная гравитация бы не оказывала разрушающего действия.
Рис. 2. Образование Солнечной системы из протопланетного облака.
Образование планет
Более плотная пыль сформировалась в планеты раньше, она образовала внутренние планеты Солнечной системы на расстояниях 0.3 – 1.5 а.е. от Солнца (а.е. – астрономическая единица, средний радиус земной орбиты, равный 150 млн км). У всех этих планет средняя плотность оказалась значительно выше плотности воды.
Почти вся оставшаяся часть, преимущественно газовая, конденсировалась позже, в виде планет – газовых гигантов на расстоянии 5 – 30 а.е. Средняя плотность этих планет близка к плотности воды (для Сатурна даже меньше), но масса этих планет значительно превышает массу внутренних планет Солнечной системы. Поэтому и расстояния между этими планетами больше. Между орбитами Марса и Юпитера (2 – 4 а.е) существует пояс астероидов – зона, где обращается множество мелких астероидов, которые так и не объединились в планету из-за постоянных гравитационных возмущений со стороны Юпитера.
Удаленные части Солнечной Системы
Остатки вещества, находящиеся еще дальше от Солнца, образовали внешние области Солнечной системы – пояс Койпера и гипотетическое Облако Оорта, простирающееся на расстояние до 100тыс а.е. от Солнца (около 1 светового года).
В формировании этих частей большую роль сыграла гравитация планет-гигантов, выбрасывавшая мелкие протопланетные сгустки на периферию Солнечной системы. Сейчас здесь существует множество мелких астероидов и нескольких планет-карликов (Плутон, Макемаке, Хаумеа, Эрида и Седна).
Облако Оорта считается источником большинства комет, появляющихся только один раз. Скорее всего, это долгопериодические кометы, периоды обращения вокруг Солнца которых измеряется тысячелетиями.
Рис. 3. Солнечная система и облако Оорта.
Что мы узнали?
Согласно гипотезе О. Ю. Шмидта, Солнечная система образовалась из протопланетного облака. Cперва сформировались внутренние, более плотные планеты земного типа, потом – менее плотные, но более массивные планеты-газовые гиганты.
Читайте также: